หน่วยที่ 4 สนามแม่เหล็กไฟฟ้า

105 หน่วยท่ี 4 สนามแมเ่ หลก็ ไฟฟ้า แนวคดิ สนามแม่เหล็ก เป็นบริเวณที่มีอำนาจของแม่เหล็ก ซึ่งออกแรงกระทำต่อสารแม่เหล็กได้ แม่เหล็ก มีทั้งเกิดขึ้นเองตามธรรมชาติและมนุษย์สร้างขึ้น แรงแม่เหล็กเป็นแรงที่กระทำต่อประจุไฟฟ้าที่เคลื่อนที่ แบ่งออกเป็น 2 ลักษณะ คือ ประจุไฟฟ้าท่ีเคลื่อนท่ีเข้าไปในสนามแม่เหล็กกับประจุไฟฟา้ ที่เคลื่อนท่ีบนลวด ตัวนำ ซ่ึงแรงท่เี กิดขนึ้ สามารถนำมาใช้ประโยชน์ในการผลิตกระแสไฟฟ้า รวมทัง้ อุปกรณ์เคร่ืองใชไ้ ฟฟ้าต่าง ๆ เช่น มอเตอร์ไฟฟ้า เครอื่ งวัดไฟฟา้ เปน็ ตน้ สาระการเรยี นรู้ 4.1 สนามแมเ่ หล็ก 4.2 แรงแมเ่ หลก็ 4.3 การนำความรเู้ ก่ยี วกบั แมเ่ หล็กไฟฟ้าไปประยกุ ต์ใช้ จุดประสงค์เชิงพฤติกรรม 1. นกั ศึกษาบอกลักษณะของสนามแมเ่ หลก็ ได้อย่างถกู ตอ้ ง 2. นกั ศกึ ษาคำนวณหาคา่ สนามแม่เหลก็ และปริมาณที่เกี่ยวขอ้ งไดอ้ ยา่ งถกู ต้อง 3. นักศกึ ษาคำนวณหาค่าแรงแมเ่ หลก็ ไดอ้ ยา่ งถูกต้อง 4. นกั ศึกษายกตวั อยา่ งการนำความรเู้ ก่ียวกับแม่เหลก็ ไฟฟ้าไปใช้ประโยชนไ์ ด้

106 ผังมโนทัศน์

107 4.1 สนามแมเ่ หลก็ ( Magnetic Field ) ประมาณ 2600 ปมี าแลว้ ชาวกรกี ท่ีอาศยั ในเมอื งแมกนเี ซยี ค้นพบแร่ชนิดหนึง่ ซ่ึงสามารถดูดเหล็กได้ จึงเรียกแร่ชนดิ นีว้ า่ แมกนีไทต์ ( Magnetite ) และเรียกวัตถุทด่ี ูดเหล็กไดว้ ่า แม่เหลก็ ( Magnet ) ส่วนวัตถุ ที่แม่เหล็กส่งแรงกระทำ เรียกว่า สารแม่เหล็ก ( Magnetic substance ) ลักษณะของแมกนีไทต์ ดังภาพ ที่ 4.1 ภาพท่ี 4.1 ลกั ษณะของแมกนีไทต์ ท่ีมา : www.icstoneshop.com ( สืบคน้ เมื่อ 3 มี.ค. 2559 ) ถ้าเรานำแท่งแม่เหล็กผูกเชือกตรงกลางแท่ง หมุนให้แกว่งอย่างอิสระ สุดท้ายแท่งแม่เหล็ก จะวางตวั ในแนวเหนอื – ใต้เสมอ ด้านท่ีชที้ ิศเหนือ เรยี กขัว้ เหนอื ของแมเ่ หล็ก ด้านทชี่ ที้ ิศใต้ เรียกว่า ขั้วใต้ ของแม่เหลก็ การทแี่ ทง่ แมเ่ หลก็ วางตวั ในแนวเหนือ – ใตเ้ ชน่ นีเ้ น่อื งจากโลกมีแมเ่ หล็กถาวรอยู่จะกล่าวถึง ในหัวขอ้ ตอ่ ไป เม่ือนำแท่งแมเ่ หล็กดดู ผงตะไบเหลก็ พบว่าปลายแท่งแม่เหล็กมีผงตะไบเหลก็ หนาแน่นกว่า บรเิ วณอนื่ ๆ ดังภาพท่ี 6.2 ใช้อักษร N แทนข้วั เหนือ และ S แทนข้วั ใต้หรอื ใช้สสี องสใี ด ๆ ทาที่ข้วั ท้งั สอง ภาพที่ 4.2 แม่เหล็กแทง่ ตรงดดู ผงตะไบเหลก็ ท่ีมา : https://physics.stackexchange.com/questions/90793/does-greater-number-of-lines- of-force-around-the-magnet-imply-greater-magnetic-f?rq=1 ( สบื ค้นเม่ือ 3 ม.ี ค. 2559 )

108 เมอ่ื นำข้วั แม่เหล็กของแม่เหล็กทั้งสองแท่งเข้าใกลก้ ัน ขว้ั เดียวกันจะผลักกัน และขั้วตา่ งกันจะดูดกัน ดังภาพที่ 4.3 แต่ทั้งขั้วเหนือและขั้วใต้สามารถดูดสารแม่เหล็กได้ และในกรณีที่ตัดแท่งแม่เหล็กแท่งหนึ่ง เปน็ สองแท่ง จะเกดิ ขั้วแม่เหลก็ ตา่ งชนิดกันตรงปลายทห่ี ักออก ดังภาพที่ 4.4 ก. ขัว้ แมเ่ หล็กเดียวกันเกดิ การผลักกนั ข. ขัว้ แม่เหลก็ ต่างกันเกิดการดูดกัน ภาพท่ี 4.3 ทศิ ทางของแรงระหว่างขั้วแม่เหล็กเมื่อนำแท่งแม่เหลก็ วางไว้ใกลก้ นั ทีม่ า : http://www.myfirstbrain.com/student_view.aspx?id=69297 ( สืบค้นเมอ่ื 3 มี.ค. 2559 ) SN SN SN S N SN SN S N ภาพที่ 4.4 ขว้ั แม่เหล็กทเ่ี กดิ ขึน้ เมอื่ ตัดแทง่ แม่เหล็ก ท่ีมา : http://www.slideshare.net/TheerawatDuangsin/ss-33322344 ( สืบคน้ เมือ่ 3 ม.ี ค. 2559 ) 4.1.1 สนามแมเ่ หล็กในธรรมชาติ เมื่อนำเข็มทิศไปวางใกล้แม่เหล็ก จะมีแรงกระทำต่อปลายเข็มทิศให้เบนไป เรียกบริเวณที่มีแรง กระทำต่อเข็มทิศว่า สนามแม่เหล็ก ( Magnetic field ) และถ้าโรยผงเหล็กบนกระดาษที่วางแทง่ แม่เหลก็ จะเห็นผงเหล็กเรียงตัวเป็นแนว เรียกว่า เส้นแรงแม่เหล็ก ( Magnetic field lines ) ดังภาพที่ 4.5 และ เม่อื นำแท่งแม่เหล็กสองแทง่ วางใกล้กันในลกั ษณะตา่ ง ๆ จะเกิดสนามแมเ่ หล็ก ดงั ภาพท่ี 4.6

109 ก. สนามแม่เหลก็ ของแทง่ แม่เหล็กที่กระทำ ข. เส้นแรงแม่เหล็กจากแทง่ แม่เหล็ก ต่อเข็มทศิ ภาพที่ 4.5 สนามแมเ่ หลก็ ของแม่เหล็กทก่ี ระทำต่อเขม็ ทศิ และเสน้ แรงแมเ่ หลก็ จากแทง่ แมเ่ หล็ก ท่มี า : http://physicsm4a.blogspot.com/2011/07/blog-post_26.html ( สืบคน้ เมอื่ 3 มี.ค. 2559 ) .. .. ภาพท่ี 4.6 เส้นแรงแมเ่ หล็กที่เกิดจากแทง่ แม่เหล็กสองแทง่ วางในลกั ษณะตา่ ง ๆ ที่มา : http://www.vcharkarn.com/lesson/1218 ( สืบค้นเม่ือ 3 ม.ี ค. 2559 )

110 เส้นแรงแม่เหล็กเป็นการแสดงอำนาจแม่เหล็กมีลักษณะเป็นเส้น สังเกตจากการเรียงตัวเป็นแนว ของผงเหล็กข้างต้นแทนสนามแม่เหล็กในสองมิติเท่านั้น แต่ในธรรมชาติสนามแม่เหล็กเป็นสามมิติ ดงั ภาพท่ี 4.7 ภาพที่ 4.7 เส้นสนามแม่เหล็กในธรรมชาติ ทมี่ า : https://www.apexmagnets.com/3-d-magnetic-field-demonstrator ( สืบค้นเมอ่ื 3 ม.ี ค. 2559 ) จากการวางเข็มทิศรอบสนามแม่เหล็ก จะได้ว่าเส้นแรงแม่เหล็กมีทิศทางจากขั้วเหนือไปยังขั้วใต้ ของแท่งแม่เหลก็ เสมอ ดังภาพท่ี 4.8 ภาพท่ี 4.8 เสน้ แรงแมเ่ หลก็ มีทิศทางมาจากขั้วเหนอื ไปขว้ั ใต้ ทีม่ า : http://www.vcharkarn.com/lesson/1218 ( สืบค้นเมื่อ 3 ม.ี ค. 2559 )

111 จากการนำแท่งแม่เหล็กสองแท่งวางไว้ใกล้กนั ในลักษณะต่าง ๆ พบว่าบางบริเวณมีเส้นแรงแม่เหลก็ หนาแน่น แสดงว่าสนามแม่เหล็กบริเวณนั้นมีค่ามากและบางบริเวณไม่มเี ส้นแรงแม่เหล็กผ่านแสดงว่าไม่มี สนามแม่เหล็ก หรือสนามแม่เหล็กในบริเวณนั้นเป็นศูนย์ เรียกตำแหน่งที่มีสนามแม่เหล็กเป็นศูนย์ วา่ จุดสะเทิน ( Neutral point ) ดงั ภาพท่ี 4.9 จุดสะเทิน ภาพท่ี 4.9 จุดสะเทินของแมเ่ หล็กสองแทง่ ท่ีมา : http://www.vcharkarn.com/lesson/1218 ( สืบค้นเมอื่ 3 ม.ี ค. 2559 ) โลกมสี นามแม่เหล็ก สงั เกตจากเขม็ ทิศวางตัวอยู่ในแนวเหนือใต้เสมอ ซ่งึ เรยี กว่า สนามแม่เหล็กโลก ( Earth’s magnetic field ) เส้นแรงแมเ่ หล็กโลกมีทิศทางพุ่งออกจากบริเวณขั้วใต้ทางภูมศิ าสตร์ไปยังข้ัว เหนือทางภูมิศาสตร์ ดงั นั้น โลกเหมือนมีแทง่ แม่เหล็กขนาดใหญฝ่ ังอย่ภู ายใน โดยขว้ั เหนอื ของแม่เหล็กโลก อยู่ใกล้กับขั้วใต้ทางภูมศิ าสตร์ และขั้วใต้ของแม่เหล็กโลกอยู่ใกล้ขั้วเหนือทางภูมิศาสตร์ แนวเหนือใต้ของ สนามแมเ่ หล็กโลกจะเอียงทำมุมกันเลก็ น้อยกบั แนวเหนอื ใต้ทางภูมศิ าสตร์ ดังภาพที่ 4.10 ภาพท่ี 4.10 การวางตวั ของแทง่ แมเ่ หลก็ โลก ทมี่ า : http://www.vcharkarn.com/lesson/1218 ( สืบคน้ เม่อื 3 มี.ค. 2559 )

112 มนุษย์ได้นำประโยชน์จากการวางตัวในแนวเหนือ-ใต้ของแท่งแม่เหล็กเล็ก ๆ มาสร้างเข็มทิศ ( Compass ) เพอื่ ใช้บอกทศิ ทาง สนามแม่เหล็กโลกมีความสำคัญตอ่ ส่ิงมีชวี ิตบนโลก เช่น การป้องกันชีวิต ให้ปลอดภัย จากลมสุริยะซึง่ เกิดจากการปลดปล่อยพลังงานอยา่ งรุนแรงจากดวงอาทิตย์ โดยที่กระแสของ อนุภาคพลังงานสูงที่มีทั้งอิเล็กตรอนและโปรตอน พัดมาจากดวงอาทิตย์ด้วยปริมาณและความเร็วสูงกวา่ ระดับปกติ สนามแม่เหล็กโลกช่วยเบี่ยงเบนลมสุริยะไม่ให้เข้าสู่โลก รวมทั้งยังทำให้เกิดปรากฏการณ์ ธรรมชาติท่ีสวยงามอีกด้วย เช่น การเกิดออโรรา ซึ่งเป็นแสงที่เกิดจากสนามแม่เหล็กโลกผลักอนุภาคที่มี ประจุไฟฟ้าจากลมสุริยะที่เข้าสู่ผิวโลกให้เข้าสู่ชั้นบรรยากาศบริเวณขั้วแม่เหล็กโลก ลักษณะของออโรรา ดังภาพที่ 4.11 ภาพท่ี 6.11 ออโรรา http://www.narit.or.th/index.php/astronomy-article/588-miracle-aurora ( สืบค้นเมอื่ 3 มี.ค. 2559 ) ออโรรา มักเห็นในท้องฟ้าตอนกลางคืนหรือพลบค่ำบริเวณใกล้ขั้วแม่เหล็กโลก มีลักษณะคล้าย ผ้าม่านที่เป็นริ้วสะบัดไปมา มักมีสีเขียวหรือสีแดง ออโรราเกิดบริเวณขั้วโลกเหนือ เรียกว่า แสงเหนือ ( Northern lights หรือ Aurora borealis ) ออโรราที่เกิดบริเวณขั้วโลกใต้ เรียกว่า แสงใต้ ( Southern lights หรือ Aurora australis ) นอกจากนี้นักวิทยาศาสตร์ยังพบอีกว่า สนามแม่เหล็กโลกยังมีอิทธิพล ต่อพฤตกิ รรมการอพยพของนกและเตา่ ทะเลอีกด้วย 4.1.2 ฟลกั ซแ์ ม่เหล็ก ( Magnetic flux ) ฟลักซ์แมเ่ หล็ก คือ เส้นแรงแมเ่ หล็ก ในบริเวณพื้นทีท่ ี่พิจารณาในสนามแม่เหล็กของแท่งแม่เหล็ก พื้นที่ใกล้ขั้วแม่เหล็กจะมีฟลักซ์แม่เหล็กหนาแน่น และจะลดน้อยลงในบริเวณที่อยู่ห่างจากขั้วแม่เหล็ก ออกไป ดงั ภาพท่ี 4.12

113 .. ภาพที่ 4.12 ฟลกั ซแ์ ม่เหลก็ ทีม่ า : http://weerajit16.blogspot.com/p/blog-page_07.html ( สืบค้นเมื่อ 3 มี.ค. 2559 ) ความหนาแน่นของฟลักซ์แม่เหล็ก ( Magnetic fluxdensity ) หรืออาจเรียกว่า ความเข้ม ของสนามแม่เหล็ก หรือขนาดของสนามแม่เหล็ก สนามแม่เหล็กเป็นปริมาณเวกเตอร์ ความเข้ม ของสนามแม่เหล็ก คอื อัตราส่วนระหว่างฟลักซ์แม่เหล็กต่อพนื้ ท่ตี งั้ ฉากกบั สนามแม่เหล็กหนึ่งตารางหน่วย จะไดจ้ ากความสมั พันธด์ งั นี้ Φ B = A .................4.1 เมื่อ B แทน ความเขม้ ของสนามแม่เหล็ก หนว่ ยเปน็ เวเบอรต์ อ่ ตารางเมตร หรือเทสลา ( Tesla หรือ T ) Φ แทน ขนาดของฟลักซ์แม่เหล็กท่ีพุง่ ผา่ นพน้ื ท่ี หนว่ ยเป็นเวเบอร์ ( Weber หรอื Wb ) A แทน พนื้ ท่ที ่ีต้งั ฉากกับฟลักซแ์ ม่เหลก็ มีหนว่ ยเป็นตารางเมตร ความเข้มของสนามแม่เหลก็ จากแหลง่ กำเนิดต่าง ๆ ดังตารางที่ 4.1 ตารางท่ี 4.1 ขนาดโดยประมาณของสนามแมเ่ หล็กจากแหลง่ ตา่ ง ๆ แหลง่ กำเนดิ ความเข้มของสนามแม่เหล็ก ( T ) แม่เหลก็ ตวั นำยวดยิง่ 30 แม่เหล็กไฟฟ้าในงานวจิ ัยท่วั ไป 2 แทง่ แม่เหล็ก 1  10-2 แมเ่ หล็กโลก 0.5  10-4

114 ตัวอยา่ งท่ี 1 เมือ่ ฟลักซแ์ มเ่ หลก็ ขนาด 4  10-4 เวเบอร์ พุ่งผ่านพ้ืนท่ี 10 ตารางเซนตเิ มตร ซ่งึ วางตั้งฉาก กับฟลักซแ์ มเ่ หลก็ ดงั ภาพ จงหาความหนาแนน่ ฟลกั ซ์แม่เหลก็ วิธีทำ จาก B = Φ A = 4 10-4 Wb 10 10-4 m2 = 0.4 T ตอบ ความหนาแนน่ ฟลกั ซแ์ มเ่ หลก็ เท่ากับ 0.4 เทสลา ตวั อยา่ งที่ 2 สนามแม่เหล็กพงุ่ ออกมีทิศทางทำมุม 30 องศากับพื้นผวิ 50 ตารางเซนติเมตร ฟลกั ซ์แม่เหลก็ มีคา่ 0.9 เวเบอร์ จงหาความเขม้ ของสนามแมเ่ หล็ก Φ วธิ ีทำ จาก B = A ต้องทำใหท้ ิศทางสนามแม่เหล็กตง้ั ฉากกบั พนื้ ท่ี B B A sin 30˚ 30˚ 30˚ A A 30˚ A cos 30˚ B =  A sin30 = 0.9 Wb (50 10-4 m2 )(0.50) = 360 T ตอบ ความเข้มของสนามแม่เหลก็ เท่ากบั 360 เทสลา

115 4.1.3 สนามแม่เหล็กจากกระแสไฟฟ้าไหลในเสน้ ลวด ในปี พ.ศ. 2363 ฮานส์ เออรส์ เตด ( Hans Christian Oersted ) ค้นพบว่า เม่อื กระแสไฟฟ้าไหล ผ่านลวดตัวนำจะเกิดสนามแม่เหล็กรอบลวดตัวนำนั้น และสนามแม่เหล็กมีทิศทางเป็นไปตามกฎมือขวา ( Right hand rule ) โดยกำมือขวารอบลวดตวั นำ ให้หัวแมม่ อื ตง้ั ฉากกับการกำวนของน้ิวทงั้ สี่ ทิศทางของ น้ิวหัวแมม่ อื ช้ไี ปในทศิ ทางของกระแสไฟฟา้ และทิศทางการกำวนของนว้ิ ทงั้ สีจ่ ะชที้ ิศทางของสนามแม่เหล็ก ดงั ภาพที่ 4.13 และเม่ือกลบั ทศิ ทางของกระแสไฟฟา้ ทิศทางของสนามแมเ่ หล็กจะกลบั ทิศทางไปดว้ ย ภาพที่ 4.13 การใช้กฎมอื ขวาหาทิศทางสนามแม่เหล็ก ที่มา : https://en.wikipedia.org/wiki/Right-hand_rule ( สบื ค้นเมอื่ 3 มี.ค. 2559 ) ความเขม้ ของสนามแมเ่ หล็กแปรผันตรงกับกระแสไฟฟา้ ทไี่ หลผ่านเส้นลวดตวั นำ และแปรผกผนั กบั ระยะห่างจากจดุ ศูนยก์ ลางของเส้นลวด หาได้จากความสัมพันธ์ ดงั นี้ B = 0I .................4.2 2R เมื่อ B แทน ความเขม้ ของสนามแมเ่ หลก็ หน่วยเป็น เวเบอรต์ อ่ ตารางเมตร หรอื เทสลา ( Tesla หรอื T ) R แทน ระยะหา่ งจากจุดศนู ยก์ ลางลวดลากไปถึงจดุ ท่ตี ้องการทราบค่าสนามแม่เหลก็ มีหน่วยเปน็ เมตร I แทน กระแสไฟฟ้าทีไ่ หลในลวด มีหนว่ ยเป็นแอมแปร์ 0 แทน คา่ ซึมซาบแม่เหล็กในสภาวะสุญญากาศ ( Permeability ) มคี ่า 4  10-7 Tm/A แทนค่า 0 จะได้สนามแม่เหล็กรอบ ๆ เส้นลวด ดงั น้ี

116 B = KI .................4.3 R เมื่อ K มคี ่าเท่ากับ 2  10-7 Tm/A ในกรณมี ีเส้นลวดมากกวา่ 1 เส้น บริเวณน้ันจะมีสนามแม่เหลก็ ทีเ่ กิดจากเสน้ ลวดแตล่ ะเสน้ บวกกัน แบบเวกเตอร์ การเขียนภาพ 2 มิติของสนามแม่เหล็กและกระแสไฟฟา้ ทิศทางของสนามแม่เหลก็ พุ่งออก ใชส้ ญั ลกั ษณ์ o และทศิ ทางของสนามแม่เหล็กพุ่งเข้าใชส้ ญั ลกั ษณ์  ดงั ภาพท่ี 4.14 ºººººº B ºººººº I ×××××× B ×××××× ภาพที่ 4.14 ทิศทางของสนามแม่เหลก็ ถ้านำกระแสไฟฟ้าไหลผ่านไปในลวดตัวนำที่ถูกดัดเป็นวงกลม จะเกิดสนามแม่เหล็กรอบ ๆ ลวดตัวนำนั้น การหาทิศทางของสนามแม่เหล็กยังคงใช้กฎมือขวา โดยให้นิ้วทั้งสี่วนตามทิศทาง ของกระแสไฟฟ้า นิ้วหัวแม่มือตั้งฉากกับการวนของนิ้วทั้งสี่จะชี้ไปตามทิศทางของสนามแม่เหล็ก ดังภาพ ที่ 4.15 BI ภาพท่ี 4.15 สนามแมเ่ หลก็ ของลวดตวั นำวงกลม ทมี่ า : http://student.nu.ac.th/Edu.Jeab/EM.2/Lesson3-3.html ( สืบค้นเม่ือ 3 มี.ค. 2559 ) จากภาพที่ 4.15 จะเห็นว่าทิศทางของสนามแม่เหล็กของลวดตัวนำวงกลมมีลักษณะคล้ายกับ สนามแม่เหลก็ ของแทง่ แมเ่ หล็กสน้ั ๆ เสน้ สนามแมเ่ หล็กดังภาพที่ 4.16

117 ภาพที่ 4.16 เส้นสนามแมเ่ หลก็ ของลวดตวั นำวงกลม ท่มี า : http://www.myfirstbrain.com/student_view.aspx?id=76251 ( สืบคน้ เมื่อ 3 มี.ค. 2559 ) เมื่อนำลวดตัวนำที่มีฉนวนหุ้มมาขดเป็นวงกลมหลาย ๆ วง เรียงซ้อนกันเป็นรูปทรงกระบอก ขดลวด ที่ได้นี้ เรียกว่า โซเลนอยด์ ( Solenoid ) และเมื่อให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านโซเลนอยด์ ขดลวดจะกลายเป็น แม่เหล็ก ขว้ั แมเ่ หล็กที่เกิดขน้ึ จะข้ึนอยูก่ ับลักษณะของขดลวดและทิศทางการไหลของกระแสไฟฟ้า สามารถหา ทิศทางของสนามแม่เหล็กโดยใช้กฎมือขวา น้วิ ทง้ั ส่ีท่ีกำรอบตัวนำโดยกำวนตามทิศท่กี ระแสไหล หัวแม่มือจะชี้ ไปหาข้วั เหนอื ของแม่เหล็ก หรอื อาจจะพิจารณาจากด้านหนา้ ตดั ของขดลวด ถา้ พจิ ารณาเหน็ ว่ากระแสไฟฟ้าไหล ตามเข็มนาฬิกาจะเป็นขั้วใต้ของแม่เหล็ก ถ้ากระแสไหลทวนเข็มนาฬิกาจะเป็นขั้วเหนือของแม่เหล็ก ลักษณะ ของโซเลนอยด์ ดงั ภาพที่ 4.17 และ ทิศทางของสนามแม่เหล็กของโซเลนอยด์ ดงั ภาพท่ี 4.18 ภาพที่ 4.17 ลกั ษณะของโซเลนอยด์ ทมี่ า : http://lrrpublic.cli.det.nsw.edu.au/ ( สบื คน้ เมือ่ 3 มี.ค. 2559 )

118 NS B ภาพที่ 4.18 ทิศทางของสนามแม่เหล็กของโซเลนอยด์ สนามแม่เหล็กที่เกิดจากโซเลนอยด์มีค่าสูงสุดที่บริเวณแกนกลางของโซเลนอยด์ และความเข้ม ของสนามแมเ่ หลก็ นจี้ ะมคี า่ เพิ่มขน้ึ เมื่อกระแสไฟฟ้าเพิม่ ขึน้ หรือจำนวนรอบของขดลวดเพิ่มขน้ึ ตัวอย่างท่ี 3 เสน้ ลวดหนงึ่ มกี ระแสไหล 4 แอมแปร์ จดุ ท่ีห่างจากเส้นลวด 10 เซนตเิ มตร จะมคี วามเขม้ ของสนามแม่เหล็กเทา่ ไร วิธที ำ จาก B = KI R = (2 10-7 Tm / A)(4 A) 10 10-2 m = 8  10-6 T ตอบ ความเขม้ ของสนามแม่เหล็ก เทา่ กับ 8  10-6 เทสลา ตัวอย่างที่ 4 ลวด 2 เส้น มีกระแส 5 แอมแปร์ และ 10 แอมแปร์ ไหลผ่านไปทางเดียวกัน วางห่างกนั 10 เซนตเิ มตร ดังภาพ จงหาความเข้มของสนามแม่เหลก็ ที่จุดกงึ่ กลางของเสน้ ลวดทัง้ สอง B2ºººººº B1 ºººººº I1 ×××××× I2 ×××××× วิธที ำ จากภาพ ค่า I1 จะให้สนาม B1 พุ่งเข้า I2 จะให้สนาม B2 พุง่ ออก

119 B = B2 - B1 = KI2 - KI1 R2 R1 = K I2 - I1   R2 R1  = (2  10-7 Tm / A) 10 A - 5A  0.5 m 0.5 m = 2  10-6 T ตอบ ความเข้มของสนามแม่เหล็ก เทา่ กบั 2  10-6 เทสลา

120 4.2 แรงแม่เหลก็ แรงแม่เหล็กมี 2 ชนิด คือ แรงดูดและแรงผลัก เมื่อนำแท่งแม่เหล็กขั้วเหมือนกันมาใกล้กัน จะเกิดแรงผลักกัน ขั้วต่างกันจะเกิดแรงดูดกัน นอกจากนี้ยังเกิดแรงแม่เหล็กที่กระทำต่อประจุที่เคลื่อนท่ี เข้าไปในสนามแม่เหล็ก แรงแม่เหล็กที่กระทำต่อลวดตัวนำที่มีกระแสไหลที่วางไว้ในสนามแม่เหล็ก และ แรงระหวา่ งลวดตัวนำสองเสน้ ท่ีขนานกนั และมีกระแสไฟฟ้าผา่ น 4.2.1 แรงแมเ่ หลก็ ท่กี ระทำต่อประจุทเี่ คลอ่ื นท่เี ขา้ ไปในสนามแม่เหลก็ ถ้ามีประจุบวกเคลื่อนที่ด้วยความเร็วเข้าไปในสนามแม่เหล็กจะมีแรงกระทำต่อประจุบวก ที่เคลื่อนที่เข้าไป ทำให้ประจุบวกเบี่ยงเบนทิศทางการเคลื่อนที่ไปตามทิศทางของแรง การหาทิศของแรง ทก่ี ระทำต่อประจุบวกใชก้ ฎมอื ขวา โดยหนั นว้ิ ทัง้ สไ่ี ปทางทศิ ของความเร็ว กำวนนิ้วทง้ั สไี่ ปหาสนามแม่เหล็ก นว้ิ หัวแมม่ อื ทต่ี ัง้ ฉากกับน้วิ ทั้งสี่จะชไี้ ปทิศของแรงที่กระทำต่อประจุ ดังภาพท่ี 4.19 ×××× ×××× ×××× ×××× ×××× qv B ภาพที่ 4.19 ทิศทางของแรงแมเ่ หลก็ ท่ีกระทำตอ่ ประจบุ วก ท่ีมา : https://www.gotoknow.org/posts/517923 ( สืบค้นเมอื่ 3 มี.ค. 2559 ) โดยค่าของแรงที่กระทำเป็นผลคูณเชงิ เวกเตอร์ .................4.4 F = q v  B ขนาดของแรงแม่เหล็กที่กระทำต่อประจุไฟฟ้าที่เคลื่อนที่ผ่านสนามแม่เหล็กแปรผันโดยตรง กบั ความเรว็ และขนาดของประจุไฟฟา้ ซง่ึ แสดงความสมั พนั ธไ์ ด้ดังนี้ F= qvB ( สำหรับ v ⊥ B ) .................4.5 เม่ือ F แทน ขนาดของแรงแมเ่ หลก็ หน่วยเป็น นวิ ตนั q แทน ขนาดของประจทุ เ่ี คล่อื นท่ีเข้าไปในสนามแม่เหลก็ หนว่ ยเปน็ คลู อมบ์ v แทน ความเรว็ ของประจทุ ีเ่ คล่อื นท่เี ข้าไปในสนามแม่เหลก็ หน่วยเป็น เมตรต่อวนิ าที B แทน ขนาดของสนามแม่เหลก็ หน่วยเป็น เทสลา

121 กฎมือขวาใช้สำหรบั ประจุบวกเท่าน้ัน ถา้ เป็นประจลุ บ แรงจะมีทศิ ทางตรงข้าม ในกรณที ่ีความเร็ว ของประจุไฟฟ้าไม่ตั้งฉากกับสนามแม่เหล็ก แรงที่สนามแม่เหล็กกระทำต่อประจุไฟฟ้าหาได้ จากความสมั พนั ธด์ งั น้ี F = qvB sin  .................4.6 เมื่อ  แทน มุมระหว่างทศิ ทางของความเร็วของประจไุ ฟฟ้ากับทิศทางของสนามแมเ่ หล็ก ในกรณที ี่ประจุไฟฟ้าเคลื่อนท่ีเข้าไปในสนามแม่เหล็กสม่ำเสมอในทิศตง้ั ฉาก จะทำให้ประจุถูกแรง กระทำให้เคล่อื นทเ่ี ปน็ วงกลม นั่นคือ แรงแม่เหลก็ เปน็ แรงสู่ศนู ยก์ ลาง ดังภาพท่ี 4.20 ×××× FC ×××× FB ×××× ×××× B ×××× ภาพท่ี 4.20 ประจุไฟฟ้าเคลือ่ นทีเ่ ขา้ ไปในสนามไฟฟ้าสมำ่ เสมอ พิจารณาขนาดของแรงทท่ี ำใหป้ ระจเุ คลอ่ื นทเ่ี ปน็ วงกลม แรงสู่ศูนย์กลาง = แรงหนศี ูนย์กลาง .................4.7 FB = FC .................4.8 qv B mv 2 = R m v = q B R mv = qBR .................4.9 ตวั อยา่ งท่ี 5 ประจุ 2 ไมโครคูลอมบ์ เคลอ่ื นท่ีด้วยความเร็ว 400 เมตรตอ่ วนิ าที เข้าไปในสนามแมเ่ หลก็ 300 เทสลาในทิศทางต้ังฉาก จงหาวา่ ประจจุ ะถกู แรงจากสนามแม่เหล็กขนาดเท่าไร วธิ ีทำ จาก F = qvB F = (2  10-6 C)(400 m/s)(300 T) = 0.24 N ตอบ แรงแมเ่ หล็กท่กี ระทำตอ่ ประจุ เท่ากับ 0.24 นิวตัน

122 ตัวอย่างที่ 6 ประจุ 4 ไมโครคูลอมบ์ มวล 5 ไมโครกรัม เคลื่อนที่ด้วยความเร็ว 400 เมตรต่อวินาที เข้าไปในสนามแม่เหล็กในทิศตั้งฉากกับสนามแม่เหล็ก 100 เทสลา จงหาว่าประจุจะวิ่งเป็นวงกลมมีรัศมี เทา่ ไร วิธที ำ จาก mv = qBR R= mv qB = (510-6kg)(400 m/s) (4 10-6 C)(100 T) = 5m ตอบ ประจจุ ะวิ่งเปน็ วงกลมด้วยรศั มี 5 เมตร 4.2.2 แรงแมเ่ หลก็ ทีก่ ระทำต่อลวดตัวนำ ที่มีกระแสไหลท่ีวางไว้ในสนามแม่เหล็ก เมื่อลวดตัวนำมีกระแสไฟฟ้าผ่านขณะอยู่ในสนามแม่เหล็กจะเกิดแรงเนื่องจากสนามแม่เหล็ก กระทำตอ่ อเิ ล็กตรอนท่เี คล่ือนท่บี นลวดตวั นำ จึงทำใหล้ วดตวั นำถูกแรงกระทำดว้ ย ดงั ภาพที่ 4.21 ภาพที่ 4.21 แรงกระทำตอ่ ลวดตัวนำที่มกี ระแสไฟฟ้าผา่ นและอย่ใู นสนามแม่เหล็ก ทม่ี า : http://www.vcharkarn.com/lesson/1218 ( สืบค้นเมื่อ 3 มี.ค. 2559 ) การหาทิศทางของแรงแม่เหล็กที่กระทำต่อลวดตัวนำใช้กฎมือขวา โดยให้นิ้วทั้งสี่ชี้ทิศทาง ของกระแสไฟฟา้ วนน้ิวท้ังสีไ่ ปหาทศิ ทางของสนามแมเ่ หล็ก และน้ิวหวั แม่มอื ท่ตี ัง้ ฉากกับนิ้วท้งั สี่จะชที้ ศิ ทาง ของแรงแมเ่ หล็ก ดังภาพท่ี 4.22

123 ภาพท่ี 4.22 การใช้มอื ขวาหาทศิ ของแรงทีก่ ระทำตอ่ ลวดตวั นำทม่ี กี ระแสไฟฟา้ ผา่ นและอยู่ในสนามแมเ่ หล็ก ที่มา : http://www.vcharkarn.com/lesson/1218 ( สืบค้นเมื่อ 3 มี.ค. 2559 ) ถ้าประจุไฟฟ้า q เคลือ่ นทีผ่ า่ นภาคตัดขวางของตัวนำในเวลา t จากนิยามของกระแสไฟฟ้า ดงั น้ัน q = It .................4.10 ถา้ ให้  เป็นระยะทางทปี่ ระจไุ ฟฟ้า q เคลื่อนทไ่ี ดใ้ นเวลา t จะได้ v=  .................4.11 t แทนคา่ สมการท่ี 6.10 และสมการท่ี 6.11 ลงในสมการท่ี 6.5 F= (It)(  )B t = IB B ) ดังนน้ั F ( สำหรับ I ⊥ .................4.12 หรือ F =   B ) .................4.13 I(  เมื่อ  ชีต้ ามทิศทางการไหลของกระแสซงึ่ ทำมมุ  กบั สนามแม่เหลก็ B  ตัวอย่างที่ 7 ลวดตัวนำยาว 20 เซนติเมตร มวล 0.02 กิโลกรัม วางตั้งฉากกับสนามแมเ่ หล็กสม่ำเสมอ 2 เทสลา ถ้ามีกระแสไฟฟ้า 1 แอมแปร์ ผ่านลวดตัวนำแลว้ มีผลใหล้ วดเคลือ่ นที่ในแนวราบ จงหาความเรง่ ของลวดตวั นำ วิธีทำ จาก F = IB = (1 A)(0.20 m)(2 T) = 0.4 N หาความเรง่ ของลวดตัวนำเนือ่ งจากแรงกระทำจากกฎการเคล่ือนที่ขอ้ 2 ของนวิ ตนั F = ma

124 0.4 = (0.02 kg)a a = 20 m/s2 ตอบ ความเร่งของลวดตวั นำ เท่ากบั 20 เมตรต่อวนิ าที2 ตัวอย่างที่ 8 ลวดเส้นหนึ่ง ยาว 40 เซนติเมตร วางทำมุม 37 องศากับสนามแม่เหล็ก 100 เทสลา ถ้ามกี ระแสไฟฟา้ 2 แอมแปร์ จะเกิดแรงบนเสน้Fลวดเ=ท่าไรI( B ) วิธที ำ จาก  F = I  B sin  = I  B sin 37° = (2 A)(0.4 m)(100 T)(0.60) = 48 N ตอบ เกิดแรงบนเสน้ ลวดเทา่ กบั 48 นิวตัน ถ้าทำให้ลวดตัวนำมีลักษณะเป็นขดลวดรูปสี่เหลี่ยมมุมฉาก และอยู่ในสนามแม่เหล็ก เมื่อมีไฟฟ้า กระแสตรงไหลผา่ นจะมีแรงกระทำตอ่ ขดลวดแตล่ ะด้านในทิศทางตรงข้ามกัน ทำใหข้ ดลวดเกดิ การเคลื่อนที่ แบบหมนุ ดังภาพท่ี 4.23 .. ภาพที่ 4.23 แรงกระทำต่อขดลวดในสนามแมเ่ หลก็ ท่มี า : http://www.vcharkarn.com/lesson/1218 ( สืบค้นเม่อื 3 ม.ี ค. 2559 ) พิจารณาขดลวดตัวนำรปู สี่เหลีย่ มมุมฉาก PQRS วางในสนามแมเ่ หล็ก B โดยระนาบของขดลวด ขนานกับทศิ ทางของสนามแมเ่ หล็ก เมอื่ กระแสไฟฟ้าผ่านขดลวดในทิศทางดงั ภาพท่ี 6.23 ข. พบว่าขดลวด ส่วนที่ขนานกับสนามแม่เหลก็ จะไม่มีแรงกระทำ แต่ส่วนตัง้ ฉากกับสนามแม่เหล็ก จะมีแรงแม่เหล็กกระทำ นั่นคือขดลวดในส่วน PQ และ RS ซึ่งเป็นแรงที่มีขนาดเท่ากัน แต่มีทิศทางตรงข้ามกันจึงเป็นแรงคู่ควบ สามารถหาโมเมนต์ของแรงค่คู วบได้ การหมนุ ท่ีเกิดขึน้ จะเปน็ การหมุนทวนเข็มนาฬิกา ดังน้ี โมเมนตข์ องแรงคคู่ วบ = แรงคู่ควบ  ระยะต้งั ฉากระหว่างแนวแรงทั้งสอง

125 M = (FIbaB )a = M = IAB .................4.14 เม่อื M แทน โมเมนตข์ องแรงคคู่ วบ A แทน พ้นื ทข่ี องขดลวด เท่ากับ ab ถา้ ระนาบของขดลวด PQRS วางตัวทำมุม  กบั สนามแมเ่ หล็ก ดงั ภาพท่ี 4.24 ภาพที่ 4.24 ระนาบของขดลวด PQRS วางตัวทำมุม  กบั สนามแม่เหลก็ ท่มี า : http://www.vcharkarn.com/lesson/1358 ( สืบค้นเม่ือ 3 มี.ค. 2559 ) จากภาพท่ี 4.24 โมเมนต์ของแรงคูค่ วบหาได้ดังนี้ M = F(a cos ) = (IbB)(a cos ) เมอ่ื A = ab M = IAB cos  ถา้ ขดลวดมพี นั N รอบ จะได้ M = NIAB cos  .................4.15 เมอ่ื M แทน โมเมนตข์ องแรงคู่ควบท่ีกระทำตอ่ ขดลวด หน่วยเป็นนิวตนั เมตร N แทน จำนวนรอบของขดลวดที่พนั หนว่ ยเป็นรอบ I แทน กระแสไฟฟา้ ที่ไหลผา่ นขดลวด หนว่ ยเป็นแอมแปร์ B แทน สนามแม่เหล็ก หนว่ ยเปน็ เทสลา A แทน พ้ืนท่ขี องขดลวด หนว่ ยเปน็ ตารางเมตร แทน มุมท่ีขดลวดทำตอ่ สนามแม่เหล็ก 

126 ตัวอย่างที่ 9 ขดลวดตัวนำรูปสี่เหลี่ยมมีจำนวนขด 200 รอบ และพื้นท่ี 20 ตารางเซนติเมตร อยู่ใน สนามแม่เหล็กสม่ำเสมอขนาด 0.5 เทสลา ถ้ามีกระแสไฟฟ้า 5 แอมแปร์ ผ่านขดลวด จงหาโมเมนต์ของ แรงคู่ควบท่ีเกดิ ขึ้น เม่อื ระนาบของขดลวดทำมมุ 37 องศากับสนามแม่เหลก็ วิธีทำ จาก M = NIAB cos  = NIAB cos 37° = (200)(5 A)(2010-4 m2)(0.5 T)(0.80) = 0.6 Nm ตอบ โมเมนต์ของแรงคคู่ วบที่เกดิ ข้ึนเท่ากับ 0.6 นิวตนั เมตร 6.2.3 แรงระหว่างลวดตวั นำสองเสน้ ทขี่ นานกันและมีกระแสไฟฟา้ ผ่าน เมื่อนำลวดตัวนำที่มีกระแสไฟฟ้าผ่านสองเส้น โดยวางขนานกันและอยู่ใกล้กันจะเกิดแรงจาก สนามแม่เหล็กกระทำต่อเส้นลวดทั้งสอง โดยถ้ากระแสไฟฟ้าในตัวนำขนานทั้งสองเส้นมีทิศทางเดียวกนั แรงระหวา่ งลวดเป็นแรงดงึ ดูด ดังภาพท่ี 4.25 แตถ่ า้ กระแสไฟฟ้าในลวดตัวนำขนานทง้ั สองมที ิศทางตรงกัน ขา้ ม แรงระหวา่ งลวดเป็นแรงผลกั ดงั ภาพท่ี 4.26 I1 I2 I1 I2 ac ac ac B2 B2 BF11 F2 B1 ก. ลวด b d B1 ข. ลวด b d B2 bd ab ทาให้เกิดสนามแมเ่ หลก็ cd ทาใหเ้ กดิ สนามแมเ่ หลก็ ค.ลแวรดงดตวึังดนูดาแF1ตล่่แะลเะสน้F2 กระทาต่อ ภาพท่ี 4.25 แรงระหว่างลวดตวั นำสองเสน้ ท่ขี นานกันและมกี ระแสไฟฟ้าในทศิ เดยี วกัน

127 I1 I2 I1 I2 ac ac ac B1 B2 F2 B2 B1 F1 ก. ลวด b d B1 ข. ลวด b d B2 bd ab ทาให้เกดิ สนามแมเ่ หลก็ cd ทาให้เกดิ สนามแมเ่ หลก็ ค. แลรวงดผตลวั ักนาF1แแตล่ล่ ะะเFส2น้ กระทาต่อ ภาพท่ี 4.26 แรงระหว่างลวดตวั นำสองเสน้ ท่ขี นานกันและมีกระแสไฟฟา้ ในทศิ ทางตรงกันขา้ ม จากภาพที่ 4.25 และ 4.26 สนามแมเ่ หลก็ จากเส้นลวดท่ี 1 (ab) B1 = KI1 .................4.16 R .................4.17 เกิดแรงกระทำบนเสน้ ลวดที่ 1 F = I2B1  แทนค่าสมการที่ 4.16 ลงในสมการท่ี 4.17 จะได้ F= I2 KI1  R F = KI1I2 .................4.18 R เมื่อ F แทน แรงกระทำตอ่ ลวดท้งั สอง หนว่ ยเป็นนิวตนั  แทน ความยาวของลวดท้ังสองเส้น หน่วยเปน็ เมตร I1 และ I2 แทน กระแสไฟฟา้ ทีไ่ หลในขดลวดแตล่ ะเส้น หนว่ ยเปน็ แอมแปร์ R แทน ระยะห่างระหวา่ งลวดทงั้ สองเสน้ หน่วยเป็นเมตร K แทน ค่าคงตัว มคี า่ เทา่ กบั 2  10-7 Tm/A ถา้ มเี ส้นลวดมากกวา่ 2 เสน้ จะเกดิ แรงบนเสน้ ลวดแต่ละเส้นมากกวา่ 1 แรง การหาแรงลพั ธ์บน เสน้ ลวดแต่ละเสน้ ใช้การบวกกนั แบบเวกเตอร์

128 ตัวอย่างที่ 10 ลวด 2 เส้นยาวเท่ากัน เท่ากับ 100 เซนติเมตร และวางห่างกัน 20 เซนติเมตร เป็นรูป สี่เหลี่ยมผืนผ้า เมื่อมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านเส้นลวดในทิศเดียวกัน 10 แอมแปร์ และ 20 แอมแปร์ จะเกดิ แรงบนเสน้ ลวดทั้งสองเทา่ ไร วิธที ำ จาก F = KI1I2 R = (210-7 Tm / A)(10 A)(20 A)(100 10-2m) 20 10-2m = 2  10-4 N ตอบ แรงบนเส้นลวดทัง้ สองเท่ากบั 2  10-4 นวิ ตัน

129 4.3 การนำความร้เู ก่ยี วกบั แม่เหลก็ ไฟฟา้ ไปประยกุ ตใ์ ช้ จากการศกึ ษาเรื่องแมเ่ หลก็ ไฟฟ้า ได้มีนำความร้ขู องแรงแม่เหล็กไปประยกุ ต์ใช้ ดังน้ี 4.3.1 การนำความรู้ของแรงแม่เหล็กทีก่ ระทำต่อประจุไปประยกุ ตใ์ ช้ เมอ่ื ใหป้ ระจุเคลื่อนทีเ่ ข้าไปในสนามแมเ่ หล็กจะมีแรงแม่เหล็กกระทำใหป้ ระจเุ บี่ยงเบนการเคล่อื นท่ี ไดม้ ีการนำหลกั การดงั กลา่ วไปประยุกต์สรา้ งอุปกรณต์ ่าง ๆ ดงั น้ี 1. เคร่อื งแยกมวล ( The mass spectrometer ) เครอ่ื งแยกมวล เป็นเครื่องมือท่ีใช้วิเคราะห์ไอโซโทปของสาร โดยการใช้ลำอิเลก็ ตรอนท่ีมีพลังงานสูง วิ่งเข้าชนมวลของสาร ทำให้อะตอมของสารเกิดเป็นไอออน ถ้าอะตอมที่เกิดไอออนมีมวลต่างกัน เมื่อวิ่งเข้าสู่ สนามแม่เหลก็ ในทิศตง้ั ฉากจะเกิดการเบ่ียงเบนเปน็ วงกลมรัศมีต่างกนั จงึ นำมาวิเคราะห์หาจำนวนของไอโซโทป โดยพจิ ารณาจากจำนวนแนวการเบ่ยี งเบนของอะตอมของไอออน ดงั ภาพท่ี 4.27 แหลง่ กำเนิดอิออน ( Ion Source ) สว่ นกรองความเร็ว สว่ นแยกมวล สนามแมเ่ หล็กสว่ นท่ี 2 ภาพท่ี 4.27 เครื่องแยกมวล ท่มี า : https://blog.eduzones.com/yumi/print.php?content_id=3727 ( สบื ค้นเมอ่ื 3 ม.ี ค. 2559 ) จากภาพที่ 4.27 ประจุจะเคลื่อนที่เข้ามาในสนามแม่เหล็กในทิศตั้งฉากกับสนามแม่เหล็กและ สนามไฟฟา้ แรงจากสนามแมเ่ หลก็ และแรงจากสนามไฟฟา้ จะทำให้ประจุเคล่ือนที่เป็นเส้นตรง และจากนั้น ประจุจะเคลื่อนที่เข้าไปในทิศตั้งฉากกับสนามแม่เหล็ก ถูกแรงจากสนามแม่เหล็กทำให้ประจุเคลื่อนที่ เป็นวงกลม นำผลการทดลองมาเขียนกราฟความสัมพันธ์ระหว่างมวลกับรัศมีที่ประจุเคลื่อนที่เป็นวงกลม และนำมาวิเคราะห์จำนวนไอโซโทปได้

130 2. เคร่ืองเร่งอนุภาค ( The cyclotron ) เครื่องเร่งอนภุ าค เป็นเครือ่ งที่ใช้เร่งอนุภาคที่มีประจุ โดยให้อนุภาคเคล่ือนที่ในทิศต้ังฉากกับ สนามแม่เหล็ก ประจจุ ะถูกทำให้เคล่อื นทเี่ ปน็ วงกลมและมีความถม่ี ากขึน้ ทำใหป้ ระจุมีความเร็วเพ่ิมมากขึ้น ไปด้วย ลักษณะของเครอ่ื งเรง่ อนุภาค ดังภาพท่ี 4.28 ขั้วเหนือ แทง่ แม่เหลก็ ครง่ึ วงกลม ขว้ั ใต้ อนุภาคท่ีถูกเร่ง ภาพที่ 4.28 ลักษณะของเครื่องเร่งอนภุ าค ที่มา : http://www.il.mahidol.ac.th ( สืบคน้ เมื่อ 3 มี.ค. 2559 ) จากภาพที่ 4.28 ประจุจากต้นกำเนิดวิ่งเข้าไปตั้งฉากกับสนามแม่เหล็ก ถูกทำให้เคลื่อนที่เป็น วงกลมด้วยความถี่เพิ่มขึ้น เครื่องเร่งอนุภาคจะถูกทำให้มีความถี่เพิ่มขึ้นโดยการเพิ่มสนามแม่เหล็ก จนกระทง่ั อนุภาค มคี วามเรว็ เพม่ิ ขึ้นตามตอ้ งการ มีการใช้ประโยชน์จากเครื่องเรง่ อนภุ าคในการให้กำเนิด คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า เช่น รังสีเอ็กซ์ จากนั้นนำรังสีเอ็กซ์นี้ไปศึกษาโครงสร้างต่าง ๆ ในงานวัสดุศาสตร์ได้ หรือใช้ในการตรวจสอบวัสดุโดยไม่ต้องทำลายชิ้นวัสดุนั้น นอกจากนี้ยังใช้ในการค้นคว้าด้านชีววิทยา ระดับโมเลกลุ เช่น ศึกษาโครงสรา้ งของไวรัส และยงั ใชใ้ นงานวจิ ยั ทางดา้ นธรณวี ทิ ยาอีกดว้ ย 4.3.2 การนำความรขู้ องแรงแม่เหล็กท่ีกระทำต่อตวั นำไปประยุกต์ใช้ เมอ่ื กระแสไฟฟา้ ไหลผ่านตวั นำ ที่อยู่ในสนามแม่เหล็กจะเกิดโมเมนต์ของแรงคู่ควบทำให้ขดลวดหมุน ไดม้ ีการนำหลักการดงั กล่าวไปใช้ประโยชนใ์ นการสร้างอปุ กรณ์ตา่ ง ๆ ดังนี้ 1. มอเตอร์ไฟฟา้ มอเตอร์ไฟฟ้าเป็นการนำความรู้เรื่องแรงที่กระทำต่อเส้นลวดขดเป็นสี่เหลี่ยมผืนผ้า นำไปวาง ในสนามแมเ่ หลก็ โดยวางระหว่างแท่งแม่เหล็กข้ัวเหนือและขั้วใต้ เมอ่ื ใหก้ ระแสไฟฟ้าไหลเข้าไปในขดลวด แรงจากสนามแมเ่ หลก็ ท่ีเกิดข้นึ จะทำให้ขดลวดท่ตี รงึ ไว้เกิดการหมุนเปล่ียนรปู พลังงานไฟฟ้าเปน็ พลงั งานกล ลกั ษณะของมอเตอรไ์ ฟฟ้า ดังภาพท่ี 4.29

131 ภาพท่ี 4.29 ลกั ษณะของมอเตอร์ไฟฟ้า ท่ีมา : http://www.se-fan.com/tips_detail.php?id=5 ( สืบคน้ เมื่อ 3 ม.ี ค. 2559 ) เมื่อกระแสไฟฟ้าไหลไปในขดลวดตัวนำ ซึ่งวางอยู่ในสนามแม่เหล็ก จะเกิดแรงกระทำต่อลวด แล้วทำให้เกิดการหมุน การหมุนที่เกิดขึ้นเป็นการหมุนกลับไปกลับมา ดังนั้นการที่จะทำให้เกิดการหมุน ไปทางเดียวกันจะต้องทำให้เกิดการไหลของกระแสไฟฟา้ ที่เข้าไปในขดลวดสลับทิศ นั่นคือ มอเตอร์ไฟฟ้า กระแสตรงจะต้องทำให้การไหลของกระแสไฟฟ้ากลับทิศทางโดยการใช้วงแหวนครึ่งซีกในการต่อกับ แปลงถ่านที่กระแสไหลเขา้ ทำให้เกิดการไหลสลับทิศทาง ส่วนมอเตอรไ์ ฟฟ้ากระแสสลับไม่ต้องใช้วงแหวน ครึ่งซีกเพราะกระแสไฟฟา้ ไหลกลบั ทิศอยแู่ ลว้ ความเรว็ การหมนุ ของมอเตอรจ์ ะขน้ึ อยู่กบั กระแสไฟฟ้าทไี่ หล เขา้ สู่ขดลวด มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง ดงั ภาพที่ 4.30 และมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับ ดงั ภาพที่ 4.31 ภาพที่ 4.30 มอเตอรไ์ ฟฟา้ กระแสตรง ท่ีมา : https://www.pc-control.co.uk ( สบื ค้นเมอ่ื 4 มี.ค. 2559 )

132 ภาพที่ 4.31 มอเตอรไ์ ฟฟา้ กระแสสลับ ทีม่ า : https://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu ( สืบค้นเม่ือ 4 ม.ี ค. 2559 ) มอเตอร์ไฟฟ้าถูกนำมาใช้ในการทำให้เกิดการเคลื่อนที่หรือหมุนของอุปกรณ์ต่าง ๆ เช่น ตัวหมุน เครอ่ื งยนตเ์ มอ่ื เร่ิมสตารท์ ตวั หมนุ เทปในเครอ่ื งบันทกึ เสียง ชิน้ ส่วนในของเล่นเด็ก เป็นต้น 2. เคร่ืองวดั ไฟฟ้า แกลแวนอมิเตอร์ เป็นเครื่องวัดไฟฟ้า ประกอบด้วยขดลวดทองแดงเคลือบน้ำยาที่หมุน ได้รอบแกน มีลักษณะเป็นขดลวดสี่เหลี่ยมมีแกนหมุนที่หมุนได้คล่อง ซึ่งจะใช้วัตถุที่มีความแข็งแรงมาก เช่น ทับทิมเป็นฐานรองรับแกนหมุนที่ปลายทั้งสองของแกนหมุนเพื่อลดแรงเสียดทาน ปลายข้างหนึ่ง ของแกนหมุนยึดติดกับสปริงก้นหอยและเข็มชี้ ขดลวดเคลื่อนที่วางตัวรอบกระบอกเหล็กอ่อน อยใู่ นสนามแมเ่ หลก็ ของแม่เหล็กถาวร โครงสร้างของแกลแวนอมิเตอร์ ดงั ภาพที่ 4.32 ภาพท่ี 4.32 โครงสร้างของแกลแวนอมเิ ตอร์ ที่มา : http://magneticon.blogspot.com/ ( สบื ค้นเมื่อ 4 มี.ค. 2559 )

133 เมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่านขดลวด จะเกิดโมเมนต์ของแรงคู่ควบทำให้ระนาบของขดลวดหมุน และสปริงก้นหอยบิด จนกระทั่งโมเมนต์ของแรงบิดกลับของสปริงก้นหอยเท่ากับโมเมนต์ของแรงคู่ควบ ที่กระทำบนขดลวด ขดลวดจะหยดุ หมนุ ซึ่งมผี ลให้เข็มช้หี ยุดน่ิงด้วย เม่ือไม่มีกระแสไฟฟ้าในขดลวด แรงบดิ กลับของสปริงกน้ หอยจะทำให้ขดลวดกลับมาอยู่ในตำแหนง่ เดิม หลกั การนี้นำไปดัดแปลงเป็นแอมมิเตอร์ และโวลตม์ ิเตอรไ์ ด้ การสร้างสเกลเพื่ออ่านกระแสไฟฟ้า ทำได้โดยผ่านกระแสไฟฟ้าที่ทราบค่าเข้าขดลวดแล้วแบ่ง ซีกสเกลตามตำแหน่งเขม็ ชกี้ ระแสไฟฟา้ ขนาดต่าง ๆ นนั้ 3. เครอ่ื งชงั่ ไฟฟา้ เครื่องชั่งไฟฟ้า เป็นอุปกรณ์ที่ใช้สำหรับชั่งน้ำหนักของวตั ถุ โดยขดลวดตัวนำที่ติดอยู่ใต้จานช่งั จะวางอยู่ในตำแหนง่ ท่ีมีสนามแม่เหล็กภายในเครื่องชง่ั เมื่อไมม่ วี ตั ถอุ ยู่บนจานชั่ง จานชั่งจะอยู่ในลักษณะ สมดลุ แต่เมอื่ วางวัตถุบนจานชงั่ ระบบไฟฟา้ ภายในเครอ่ื งช่งั จะจ่ายกระแสไฟฟ้าผา่ นขดลวดตวั นำใต้จานชั่ง ทำให้เกิดแรงแม่เหล็กไฟฟ้าต้านการเลื่อนต่ำลงของจานชั่ง เพื่อให้จานชั่งอยู่ในลักษณะสมดุลปริมาณ กระแสไฟฟ้าที่ใช้ทำให้จานชั่งอยู่ในลักษณะสมดุลจะถูกแปลงให้เป็นค่าความต่างศักย์ไฟฟ้าและแสดงค่า เปน็ ตวั เลขทเี่ ปน็ คา่ นำ้ หนกั ของวัตถุบนหนา้ จอเครอ่ื งชง่ั เครอ่ื งช่งั ไฟฟา้ ระบบแม่เหลก็ ไฟฟ้า ดังภาพท่ี 4.33 ภาพที่ 4.33 เครื่องชัง่ ไฟฟ้าระบบแมเ่ หลก็ ไฟฟา้ ทมี่ า : http://www.il.mahidol.ac.th ( สืบค้นเมื่อ 4 ม.ี ค. 2559 )